从乐高玩具到Ziploc：快速贴合的科学

（内部科学）-笔帽。宜家家具。捕捉婴儿的连体衣。我们的世界充满了日常扣合的例子。这是用来描述通过单击单独的部分将事物放在一起的术语。 （＆＃34;请听着强烈的点击，我的孩子的老师告诉他们在幼儿园里鼓励笔帽找到合适的住所。）

然而，尽管卡扣配合无处不在，但对其工作机理的研究尚未深入。一篇新论文通过深入研究卡扣配合的物理原理，改变了这种情况。

日本草津立命馆大学的物理学家和田博文开始在与妻子和三个孩子合租的房子里随处可见卡扣，乐高积木，厨房的Ziploc袋，更换儿童玩具电池时的塑料盖。他开始怀疑它是如何工作的。不久后，和田的学生吉田圭佑（Keisuke Yoshida）在实验室里玩耍，发现一个由弯曲的塑料制成的简单圆柱体为卡扣配合实验创造了动力。

研究人员使用该系统显示了各种各样的捕捉行为，Wada说这完全是出乎意料的。他们使用了一个圆柱体和一个用热水处理过的薄塑料片，将其弯曲成圆柱体的形状，并测量了片材在圆柱体上弯曲并最终撞击到位的作用力。他们确定了卡扣发生时至少有四个不同的顺序-当板材疯狂弯曲并即将卡入到位时，最大的作用力发生了。该论文本月发表在《物理评论快报》上。

＆＃34;我们是物理学家，喜欢详细研究简化的系统，＆＃34;和田说。他说，尽管团队没有特定的应用程序，但他们希望揭示扣合配合如何在最简单的层次上起作用，这可能对将来创建更好的工业设计很有用。

英国牛津大学应用数学家Dominic Vella说，在任何按扣系统中，关键是要使它易于推入且更难于拉下（即锁定比）。与新论文相关联。他补充说，新论文显示了如何获得良好的卡扣配合取决于对象的几何形状与其变形然后返回其原始形状的能力之间的相互作用。

普林斯顿大学化学与生物工程师皮埃尔·托马斯·布伦（Pierre-Thomas Brun）说，这项研究结合了精美的作品：简单的实验装置和惊人的结果收集，但他并未参与这项研究。 ＆＃34;这是该实验室的标志-使用超优雅的桌面实验，可以分解出很多有趣的结果，但不一定是简单的结果，＆＃34;他说，并补充说，该项目采用了平凡的物体，并表明存在的不仅仅是眼神。

尽管本文着重于基础知识，但确实提到了一些新的应用，在这些应用中，卡扣配合可代替对环境有害的过量塑料或胶水。如果建筑材料可以简单地锁定在一起，就不需要粘合剂将它们粘合在一起。

另一个潜在的应用是机器人技术。仓库中或工作现场的机器人无需抓住一件已被证明很棘手的物品，而只需点击锁定在一个物体上即可。它不能帮助人们从床上移动到淋浴间，但可以用于移动杂货或包裹。 ＆＃34;这是一种抓紧板条箱并将其移动到某处的简单方法，＆＃34;布伦说。

韦拉说，对于为什么物理学家以前还没有陷入卡扣配合的问题，还没有一个很好的答案。原因之一可能是这些系统已经起作用-并没有太多动力来调查原因。 ＆＃34;您可以尝试一下，它会起作用，因此人们可能不会觉得需要做得更深，＆＃34;布伦说。 ＆＃34;但是，当然，当您更深入时，您可以更好地了解这些内容的基础，从而可以开发出更优化的应用程序。

Wada也有兴趣调查他所谓的“ II型快照”。具有相反的特质：拆开比较容易，一起挑战也很困难。他认为这可能是新的超材料的基础。他还对严格研究塑料球形接头的工作方式感兴趣。 ＆＃34;在任何结构中，形式和功能总是紧密地耦合在一起的，并且从物理学的角度来看，还需要研究很多。